耦合热压和风压作用自然通风的实验及数值模拟研究

摘要

自然通风是一项古老的技术,很早就有应用。然而在空调技术应用以后,由于空调技术具有可控性好、应用不受限制等优点,逐渐取代了自然通风技术。但能源危机的出现以及人们对舒适性和身心健康的要求,使人们又开始重新审视自然通风技术。合理利用自然通风可以节约能源、向室内提供新鲜空气、改善室内空气品质、满足人员舒适性和身心健康的要求。根据自然通风的作用动力不同,可以将自然通风分为热压作用、风压作用以及耦合热压和风压作用三种形式。各类建筑中或多或少都存在热源,且室外也经常存在一定的自然风,因此耦合热压和风压作用的自然通风是最常见的形式。影响自然通风的因素很多,使得自然通风的机理和规律复杂多变,很多问题有待深入研究,尤其是耦合热压和风压作用的自然通风,已成为自然通风领域研究的难题之一。通常情况,人们生活和工作的场所大多位于单侧开口房间内。因此,研究这类房间在诸多因素作用下的自然通风状况是很有必要的,可以对自然通风的设计起到指导性的作用。
　　 本文首先指出了应用自然通风技术的背景和实际意义,介绍了国内外对自然通风的研究现状和工程实际应用,并阐述了自然通风产生的因为和一些基本理论。本文主体部分应用PIV测试技术对一个耦合热压和风压作用的单侧单开口自然通风房间模型进行了测试,主要研究热源强度、室外风速和开口位置三个因素对自然通风流场的影响,并应用计算流体动力学数值模拟软件 Airpak对更多耦合热压和风压作用的自然通风工况进行数值模拟。综合实验和模拟结果可知,热源强度的提升可以增加自然通风的通风量:室外风速的变化对在迎风面上设有单侧开口的建筑自然通风无明显影响；增加位于同一侧的两个开口之间的垂直距离使气流小室内的最大气流速度变大,较大幅度增加了自然通风量。通过对比数值模拟结果和PIV实验结果可知,Airpak软件在预测此类条件下的自然通风流场方面有一定的可信度,但在一些细节方面的预测上还存在差异。从实际应用角度看,经过PIV测试技术验证过的标准两方程模型可以用于指导自然通风设计。